Ano Lectivo 2013/2014
Licenciatura em Biologia Humana
Biologia do Desenvolvimento
Docente: Professor Doutor Paulo de Oliveira
Discentes: Bárbara Correia, 31156
Beatriz Martinez, 30181
O PÂNCREAS
O pâncreas desenvolve-se a partir de duas glândulas na endoderme do primórdio
do sistema digestivo superior.
Vida Endócrina
● Células α - produtoras de
glucagina
● Células β - produtoras de
insulina
● Células δ - produtoras de
somatostanina
● Células PP - produtoras de
polipétidos pancreáticos
Vida Exócrina
Ácinos - produtores de enzimas
digestivas
O PDX1 e seus associados no
desenvolvimento do pâncreas
O QUE É O PDX1?
Gene codificador de um
fator de transcrição
É um regionalizador do
pâncreas e essencial na
sinalização do seu
desenvolvimento normal
Deficiência neste gene
dão origem a várias
patologias
A ablação do PDX1
origina agénese
pancreática
Indutores da expressão do PDX1
RB
FOXA
SIRT I
ÁREAS
GATA
RB - Proteína do riboblastoma
ENHANCERS I, II, III E IV
•
Enhancers do gene PDX1 onde se ligam os FOXA.
•
O enhancer IV é um enhancer mais distante, capaz de dirigir a expressão do gene
reporter das células B.
•
Deleção dos enhancers I, II e III causa hipoplasia pancreática.
•
Os enhancers I e II parecem actuar juntas para optimizar a expressão de PDX1 nas
celulas β.
FOXA1 e FOXA2
•
Co-ocupam múltiplos domínios regulatórios no gene PDX1
•
Ablação destes fatores de transcrição resulta na perda de expressão do PDX1, um
desenvolvimento corrompido dos ilhéus e ácinos bem como morte neonatal
•
Estes enhancers são suficientes para dirigir a expressão do PDX1 e restaurar o
desenvolvimento do pâncreas e a maturação dos ilhéus.
•
Uma deficiência no FOXA2 resulta na ausência das células α maturas e na redução da
expressão do PDX1 e diferenciação das células β
•
Remoção dos dois FOXA, 1 e 2, do primórdio pancreático causa uma agénese total do
pâncreas e perda da expressão do PDX1.
•
A expressão do PDX1 nas células endócrinas e exócrinas bem como a sua diferenciação
são dependentes dos FOXA
Relação entre os FOXA e os Enhancers
SIRT 1
GATA 4 e 6
•
São fatores de transcrição
•
Foram descobertos no enhancer II e são críticos para a organogénese
do pâncreas
•
São essenciais para a proliferação, morfogénese, e diferenciação das
células progenitoras pancreáticas
•
Mutações nestes FT são a maior causa de agénese pancreática
•
Ativam o PDX1 que por sua vez vai ativar um outro fator de
transcrição essencial ao desenvolvimento pancreático
•
A deleção dos locais de ligação dos GATA inibe a ação do reporter na
altura do desenvolvimento dos primordios pancreaticos
•
Defeitos morfológicos nos GATA origina uma falha na expansão do
epitélio por problemas na proliferação e diferenciação celular
•
Quando há deleção dos dois GATA causa agénese pancreática,
nascem com hiperglicémia e morrem pouco depois do parto
PCIF1
•
•
É uma proteína nuclear que inibe a transativação do PDX1
Contribui diretamente para a acumulação da proteína do PDX1 na célula β adulta
•
•
PCIF1 marca o PDX1 para ubiquitinação e degradação proteossomal através do Cul-3
Deficiência no PCIF1 aumenta os níveis das proteínas do PDX1
•
O PCIF1 mutado limita a acumulação do PDX1 nas células β adultas e,
consequentemente, a expressão de insulina e outros genes alvo essenciais para a
manutenção das células β e sua função.
•
PCIF1-Cul3 como alvo terapêutico pode aumentar as proteínas do PDX1 de modo a
melhorar a função das células β
tratamento para a diabetes
Alvos e co-expressores do PDXI
•
•
•
•
•
•
•
PTF1A
NOTCH
NGN3
PAX 4 e 6
NKx
Maf
Mib-1
•
•
•
•
•
•
MNX-1
LBL-11/ISL-1
KRAS
miRNA-375
p27
GATA
PTF1A
•
É um fator de transcrição necessário ao desenvolvimento do pâncreas e do
sistema nervoso
•
O PTFA1 está envolvido no aumento ou manutençao da expressão do Pdx1
durante o desenvolvimento dos primórdios pancreáticos
•
Durante o desenvolvimento dos ácinos RBPJ é substituído por RPBJL
Maturação dos ácinos e manutenção da expressão exócrina
•
O FOXA2 está localizado num local especifico do pancreas com o PTF1A enquanto
que os SOX estão no tubo neural dupla função do PTF1A
NOTCH
•
•
•
•
Regula o destino da célula durante a
embriogénese bem como a
manutenção do mesmo durante a
vida;
Perturbações na via do NOTCH
resultam numa alteração do destino
da célula
Na presença do NOTCH há expressão
do mRNA HES1 e p48, o que leva as
células a adotarem a componente
exócrina
Perda de função do NOTCH aumenta
a expressão do gene NGN3
promovendo um destino endócrino
NGN3
•
•
•
•
Fator de transcrição essencial uma
vez que todas as células
progenitoras endócrinas expressam
este gene
Numa primeira fase a sua expressão
resulta na produção de células
produtoras de glucagina
Numa segunda fase intervêm na
diferenciação das celulas endócrinas
Na ausência do NGN3 os ratinhos
nascem sem ilhéus de Langherhans
desenvolvendo diabetes
Pax 4
O PAX4 expressa-se em todas as células
progenitoras endócrinas
A sua expressão perde-se com a perda do NGN3
Na sua ausência não há desenvolvimento das células
β e δ e há uma diminuição da expressão do PDX1
NKx
•
•
São reguladores essenciais ao desenvolvimento do pâncreas
NKx2.2 e NKx6.1. estão envolvidos nas linhagens celulares endócrinas
•
•
•
O NKx2.2 liga-se aos
promotores de insulina e PAX4
Quando perde expressão há
uma redução das células β e PP
bem como uma perda total das
β
Na sua ausência as células β
não conseguem ativar o gene
transcritor da insulina e não há
NKx6.1
•
•
No adulto a expressão do NKx6.1
está limita às celulas β suprimindo
a expressão de glucagina e modula
a glicose por secreção de insulina
Uma deficiência neste regulador
não afeta o desenvolvimento inicial
mas há um comprometimento do
desenvolvimento das células β
Maf A e B - Fatores de transcrição
•
•
•
Ratinhos knockout para o MAFA
não demonstram alterações no
desenvolvimento do pâncreas.
Perdem células β e a sua frequência
apoptótica está aumentada
originando intolerância à glicose e
diabetes tipo 2
O MAFA liga-se ao promotor da
insulina e através da sua interação
com o PDX1 e NEUROD1 ativa a
transcrição do gene da insulina
•
O MAFB expressa-se a partir
células α onde regula a expressão
do gene da glucagina
•
Intervém no desenvolvimento e
diferenciação das células α e β por
transcrição dos genes
•
O seu papel nas células α vai
diminuindo após o nascimento
MIB-1
MNX-1
Codifica a ligase E3 da ubiquitina
essencial para a atividade ligase do
NOTCH requerido para a formação das
células β
Fator de transcrição com papel
essencial no desenvolvimento e função
do pâncreas
Suprime o destino das células α nos
precussores das células β
Inativação do MIB-1
redução das células β
Na sua ausência não se dá a formação
do lobo dorsal
Ilhéus de Langherhans mais pequenos
com número de células β reduzidas
Lbl-11 / Isl-1
Regulador da transcrição expresso no
pâncreas em desenvolvimento
Envolvido maturação, proliferação e
sobrevivência da segunda onda dos ilhéus
de Langerhans
Regula o MAFA
Quando há uma deficiência neste
regulador os animais não desenvolvem
células β funcionais, têm dificuldade em
expandir a sua massa endócrina após o
nascimento levando à diabetes.
KRAS
Uma mutação oncogénica no KRAS
despoleta a progressão e crescimento
de adenocarcinomas no ducto
pancreático (PDAC)
Provoca:
- estimulação da absorção de glicose
- diferenciação dos canais
intermediarios da glicose
- reprogramação do metabolismo da
glutamina
- aumento da autofagia e
macropinocitose
miRNA-375
• Regula a expressão genética por
ligação a sequências
complementares
• O miR-375 está presente na célula
β e é regulado por vários fatores
de transcrição incluindo o PDX1
• Sabe-se que miR-375 é essencial
para a regulação do
desenvolvimento do ducto, das
celulas endócrinas e exócrinas.
p27
• Este regulador do ciclo celular é
essencial para o estabelecimento da
masa de células β
• A sua ativação durante a
embriogénese resulta num aumento
da massa das células β apesar de
não afetar a sua expansão pósnatal.
CRONOLOGIA DA ORGANOGÉNESE
PANCREÁTICA
Pdx1 tem a sua
Inicio da expressão
expressão restrita à
do lbl-11/isl-1
componente endócrina
8.5
Sinais da
ectoderme e
mesoderme
9
Ligação do PTFA1 a areá III para
desenvolvimentos dos primórdios
pancreáticos
Nk6.1 restrito ao
epitelio central
Expressão do Pdx1
8
Expressão de MafB
9.5
10
10.5
11
11.5 12 13.5
14 14.5
.1ªonda incia-se com a formaçao de celulas
secretoras de insulina e glacagon
.Pdx1 é mediador de sinais mesenquimas
.Formação do broto dorsal e ventral
.Inicio da formação das celulas endócrinas
.Expressão do Ptfa1
.Pax 4 mRNA é detectado
15 15.5
16 16.5
18.5
21
CRONOLOGIA DA ORGANOGÉNESE
PANCREÁTICA
.2ªTransição
.Pdx1 torna-se restrito para a cel.
endócrina
Pdx1 é necessário .Ptf1a torna-se restrito para a os
.Nkx2.2 torna-se restrito para as celulas endócrinas
para a diferenciação ácinos
.Os ácinos e ductos tornam-se histologicamente
do tipo de células
diferentes
.Fusão das 2 ramificações do pâncreas
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5 12 13.5
14 14.5
15 15.5
16 16.5
18.5
21
.Os ácinos separam-se do ducto central
.Cel. endócrinas formam estruturas tipo ilheu
MafA inicia a
sua expressão
Início da formação dos
ilhéus de Langerhans
Expressão de Ngn3
Decide o que vai para a
componente endócrina
Maior surgimento de celulas β
2ªonda de pdx1
COMPONENTE ENDÓCRINA
NOTCH
• Envolvido na patologia da diabetes.
• Ativação do NOTCH exerce um efeito positivo na expressão/ secreção da
insulina e proliferação celular por upregulation do PDX1
• Quando há bloqueio do NOTCH não se formam as proteínas necessárias o
que resulta em sensibilidade à insulina.
• Um mutante do NOTCH resulta numa resistência intermediária à insulina.
O Notch1 como potencial alvo terapeutico
•
Reverter hipoinsulinema através do Notch1 usando uma plataforma de RNAi
•
Reverter a hiper e hipoinsulinemia através de três ciclos de tratamento com PDX1
shRNA. Também reduz o volume de tumores.
TUMORES NEUROENDÓCRINOS PANCREÁTICOS (PNETs)
• O NOTCH1 e o PDX1 estão sobreexpressos em PNETs
• O HES1, alvo do NOTCH1, também está em expresso em PNETs
• O NCID também se expressa em correlação com a sobreexpressão do PDX1,
estes originam um aumento da proliferação de algumas células β em ratos
com insulinoma;
• O NOTCH1 faz upregulation do PDX1 apresentando um papel oncogénico nos
PNETs
DIABETES TIPO 2
•
Em ratinhos com uma dieta baixa em proteínas verificou-se uma redução da
expressão da proteína do PDX1 e do seu mRNA
•
Uma exposição a uma dieta rica em gorduras pode alterar a sensibilidade à
glicose e os mecanismos de sinalização de insulina
•
A descendência de progenitoras obesas tem uma redução da insulina,
glicocinase, GLUT2 e da proteína do PDX1
•
Alterações destes fatores contribuem para um redução do número de células β
•
Uma desregulação epigenética por alteração do ambiente in-utero aumenta a
suscetibilidade à diabetes tipo 2.
MATURITY ONSET OF DIABETES OF THE
YOUNG, TIPO4 (MODY4)
•
É uma forma da diabetes tipo 2 rara
•
Ligada à subexpressão do PDX1 no pâncreas humano por mutações inativadoras ou
missense
•
O PDX1 controla a transcrição da insulina e expressão das enzimas associadas
•
A supressão do PDX1 nas células de insulina não altera o metabolismo da glicose mas
inibe a libertação de insulina
COMPONENTE EXÓCRINA
Metaplasias
A desdiferenciação dos ácinos
predispõe-nos a uma
transformação maligna
Quando um ácino passa a
célula ductal resulta numa
metaplasia, esta resulta num
PanIn (neoplasia) e
consequente PDAC
(adenocarcinoma)
A expressão do KRAS
juntamente com o NOTCH a
partir do PDX1 Cre
recombinase provoca lesões
PanIN
A ativação do AKT usando a Cre
recombinase sobre controlo do
promotor elastase conduz a
metaplasias
KRAS
As lesões panIN têm uma levada incidência de
mutações KRAS, esta é necessária para a
formação do cancro e para a sua progressão e
manutenção.
Há eventos adicionais que despoletam a formação
do cancro, sendo estes genéticos e epigenéticos.
Também há fatores de risco como a pancreatite
crónica
Desativando o KRAS ocorre uma rediferenciação dos
PanIns a ácinos e a morte massiva das células
epiteliais. Também ocorre um efeito similar nos
tumores
INTERAÇÃO DO PDX1 COM
OUTRAS VIAS
SOX9 E O ADENOCARCINOMA DO DUCTO
PANCREÁTICO
Ácinos
Notch
ADM - celulas com Sox9 / Ck19
Kras
PanINs
PDA
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OBRIGADA PELA VOSSA
ATENÇÃO!